JP6165072B2

JP6165072B2 - エンジン

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Publication number: JP6165072B2
Application number: JP2014017533A
Authority: JP
Inventors: 竜一郎村上
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: CN105940196B; CN105940196A; JP2015143510A; KR20200047756A; EP3101246A4; KR20160108366A; US10113467B2; WO2015115144A1; EP3101246B1; EP3101246A1; US20170002712A1

Description

本発明は、エンジンに関する。

従来、エンジンとしては、特開２０１３−２４１８６０号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このエンジンは、燃焼室を含むシリンダ本体と、燃焼室の排気ポートに連通される排気管と、排気管内に充填される酸化触媒とを備えていた。そして、酸化触媒は、燃焼室から排出される排気ガスに含まれる被酸化成分を、酸化していた。

特開２０１３−２４１８６０号公報

ところで、上記従来のエンジンでは、排気管内に、１つの酸化触媒が充填されていたので、排気ガスの流れが、排気管内で偏ると、１つの酸化触媒において、全体でなく部分的に、目詰まりが発生するおそれがあった。このため、酸化触媒の性能が短期間で低下し、１つの酸化触媒において、目詰まりが発生していない部分があるにもかかわらず、この酸化触媒を交換する必要があり、無駄であった。

そこで、本発明の課題は、酸化触媒を交換する際に酸化触媒の無駄を減らすことができるエンジンを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の触媒収納ケースは、
吸入口と、排出口と、上記吸入口から上記排出口に延在して排気ガスを通過させるための排気通路とを、有するケース本体と、
上記ケース本体の上記排気通路に配置された複数の酸化触媒と
を備え、
上記複数の酸化触媒は、上記排気通路の延在する方向に対して交差する方向に、並んでいることを特徴としている。

本発明の触媒収納ケースによれば、複数の酸化触媒を有し、複数の酸化触媒は、排気通路の延在する方向に対して交差する方向に、並んでいる。これにより、排気ガスの流れが、ケース本体内で偏ったとしても、複数の酸化触媒のうちの少なくとも１つに、目詰まりが発生することになる。このため、目詰まりの発生した酸化触媒のみを交換し、目詰まりの発生していない酸化触媒をそのまま用いることができ、酸化触媒の無駄を減らすことができる。

また、一実施形態の触媒収納ケースでは、上記ケース本体の上記排気通路で上記酸化触媒と上記吸入口との間に配置され、各酸化触媒に排気ガスを導くための導風板を有する。

この実施形態の触媒収納ケースによれば、上記導風板は、各酸化触媒に排気ガスを導くので、各酸化触媒に排気ガスを略均等に導くことができ、複数の酸化触媒の目詰まりの偏りを低減できる。

また、一実施形態の排気ダクトでは、
上記触媒収納ケースと、
上記触媒収納ケースの上記排出口に連通される排気マフラと
を備え、
上記触媒収納ケースと上記排気マフラとは、一体に接続されている。

この実施形態の排気ダクトによれば、上記触媒収納ケースと上記排気マフラとは、一体に接続されているので、排気ダクトの部品点数を減少でき、排気ダクトの組立が容易となる。

また、一実施形態のエンジンでは、
シリンダを有するシリンダブロックと、
上記シリンダブロックに取り付けられると共に、上記シリンダ内に連通する排気ポートを有するシリンダヘッドと、
上記シリンダヘッドに取り付けられる上記触媒収納ケースと
を備え、
上記触媒収納ケースの上記吸入口は、上記シリンダヘッドの上記排気ポートに、連通される。

この実施形態のエンジンによれば、上記複数の酸化触媒を有する上記触媒収納ケースを備えるので、エンジンを運転して、酸化触媒が排気ガスにより目詰まりしても、酸化触媒を交換する際に酸化触媒の無駄を減らすことができる。

また、一実施形態のエンジンでは、
上記シリンダブロックは、上記シリンダ内に配置されたピストンと、上記ピストンに連結されたクランクシャフトとを有し、
上記シリンダブロックは、上記クランクシャフトの負荷側の端部が突出する負荷側端面を有し、
上記触媒収納ケースは、上記シリンダブロックの上記負荷側端面側に配置され、
上記触媒収納ケースの上記複数の酸化触媒は、上記クランクシャフトの軸心に対して交差する方向に、並んでいる。

ここで、クランクシャフトの負荷側の端部とは、（流体圧ポンプやプーリーなどの）負荷部材が接続される端部である。

この実施形態のエンジンによれば、上記複数の酸化触媒は、クランクシャフトの軸心に対して交差する方向に、並んでいるので、酸化触媒が複数あっても、触媒収納ケースのクランクシャフトの軸心方向の厚みを抑制できる。したがって、触媒収納ケースが、シリンダブロックの負荷側に突出することを抑制でき、負荷部材をシリンダブロックのクランクシャフトの負荷側の端部に接続する際に、触媒収納ケースが、負荷部材に干渉することを防止できる。

本発明のエンジンの触媒収納ケースによれば、複数の酸化触媒を有し、複数の酸化触媒は、排気通路の延在する方向に対して交差する方向に、並んでいるので、酸化触媒を交換する際に酸化触媒の無駄を減らすことができる。

本発明の第１実施形態のエンジンを示す斜視図である。シリンダブロックとシリンダヘッドの簡略断面図である。排気ダクトの斜視図である。触媒収納ケースの正面図である。触媒収納ケースの左側面図である。触媒収納ケースの正面からみた断面図である。排気ダクトの平面からみた断面図である。本発明の第２実施形態の触媒収納ケースを示す断面図である。本発明の第３実施形態の排気ダクトを示す斜視図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のエンジンを示す斜視図である。図１に示すように、エンジン１０は、空冷式の一気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１０は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２と排気ダクト３と燃料タンク８とエアクリーナ９とを有する。シリンダヘッド２は、シリンダブロック１の上部に取り付けられ、排気ダクト３、燃料タンク８およびエアクリーナ９は、シリンダヘッド２に取り付けられる。

図２は、上記シリンダブロック１と上記シリンダヘッド２の簡略断面図である。図２に示すように、上記シリンダブロック１は、シリンダ４と、シリンダ４に取り付けられたクランクケース５とを有する。シリンダ４内には、ピストン１１が、往復動可能に配置されている。ピストン１１には、コンロッド１２を介して、クランクシャフト１３が連結されている。クランクシャフト１３は、クランクケース５内に配置されている。

上記シリンダヘッド２は、シリンダブロック１のシリンダ４に取り付けられている。シリンダヘッド２とシリンダ４の内面とピストン１１とで囲まれた空間が、燃焼室１５を構成する。シリンダヘッド２は、吸気ポート２１と排気ポート２２とを有する。吸気ポート２１と排気ポート２２とは、シリンダ４内（燃焼室１５）に連通する。吸気ポート２１は、エアクリーナ９（図１参照）に連通される。排気ポート２２は、排気ダクト３（図１参照）に連通される。

上記吸気ポート２１には、吸気バルブ２３が設けられ、吸気バルブ２３は、吸気ポート２１と燃焼室１５との間の開閉を行う。上記排気ポート２２には、排気バルブ２４が設けられ、排気バルブ２４は、排気ポート２２と燃焼室１５との間の開閉を行う。

上記シリンダヘッド２には、燃焼室１５に燃料を噴射するための燃料噴射ノズル２５が設けられている。燃料噴射ノズル２５は、燃料タンク８（図１参照）に連通される。

図１と図２に示すように、上記シリンダブロック１は、クランクシャフト１３の負荷側の端部１３ａが突出する負荷側端面１ａを有する。クランクシャフト１３の負荷側端部１３ａには、（流体圧ポンプやプーリーなどの）図示しない負荷部材が接続される。クランクシャフト１３の負荷側端部１３ａと反対側の端部には、図示しない冷却ファンが接続される。

上記排気ダクト３は、触媒収納ケース６と排気マフラ７とを有する。触媒収納ケース６は、シリンダヘッド２に取り付けられ、シリンダヘッド２の排気ポート２２に連通される。触媒収納ケース６は、シリンダブロック１の負荷側端面１ａ側に配置される。排気マフラ７は、触媒収納ケース６に連通される。

上記構成のエンジン１０では、大気中の空気を、エアクリーナ９を介して、シリンダヘッド２の吸気ポート２１から、燃焼室１５に供給し、さらに、燃料タンク８のディーゼル燃料を、燃料噴射ノズル２５から、燃焼室１５に供給して、燃焼室１５でディーゼル燃料を燃焼させる。これにより、ピストン１１を移動させ、クランクシャフト１３を軸心Ｌ回りに回転させて、クランクシャフト１３の負荷側端部１３ａに接続される負荷部材を駆動する。燃焼室１５の高温の排気ガスは、シリンダヘッド２の排気ポート２２から、触媒収納ケース６と排気マフラ７を順に通って、温度を低下させながら、大気中へ排出される。

図３は、上記排気ダクト３の斜視図である。図３に示すように、上記触媒収納ケース６と上記排気マフラ７とは、一体に接続されている。つまり、触媒収納ケース６のケース本体６０と排気マフラ７のケース本体７０とは、一体化されている。

図４Ａは、上記触媒収納ケース６の正面図である。図４Ｂは、触媒収納ケース６の左側面図である。図４Ｃは、触媒収納ケース６の正面からみた断面図である。図４Ａと図４Ｂと図４Ｃに示すように、触媒収納ケース６は、ケース本体６０と、ケース本体６０内に配置された２つの第１、第２酸化触媒６１，６２とを有する。

上記ケース本体６０は、吸入口６０ａと、排出口６０ｂと、上記吸入口６０ａから上記排出口６０ｂに延在して排気ガスを通過させるための排気通路６０ｃとを有する。吸入口６０ａは、シリンダヘッド２の排気ポート２２に、連通される。排出口６０ｂは、排気マフラ７に連通される。

上記ケース本体６０は、第１半体部１６１と第２半体部１６２とを有する。第１半体部１６１と第２半体部１６２とは、互いに、溶接により接合されている。第１半体部１６１は、吸入口６０ａ側に、鍔部１６７を有する。鍔部１６７は、孔部１６７ａを有する。孔部１６７ａには、図１に示すボルト１００が挿入される。これにより、ケース本体６０は、ボルト１００により、シリンダヘッド２に固定される。ケース本体６０の吸入口６０ａとシリンダヘッド２の排気ポート２２とは、シール部材を介して接続される。

上記ケース本体６０の排出口６０ｂには、端板１６３が取り付けられている。端板１６３には、第１筒部１６４と第２筒部１６５とが、貫通した状態で取り付けられている。第１、第２筒部１６４，１６５のそれぞれの吸入口６０ａ側の部分は、支持板１６６により、支持されている。支持板１６６は、ケース本体６０内に取り付けられている。これにより、ケース本体６０の内側と外側とは、第１、第２筒部１６４，１６５を介して、連通される。

上記第１、上記第２筒部１６４，１６５は、排気通路６０ｃの延在する方向に対して交差する方向に、並んでいる。具体的に述べると、第１、第２筒部１６４，１６５の配列方向は、排気通路６０ｃの延在する方向に対して直交する。

上記ケース本体６０における吸入口６０ａと支持板１６６との間の部分１６０は、排気通路６０ｃが吸入口６０ａから支持板１６６に向かって広くなるように、ラッパ状に形成されている。ラッパ状部分１６０は、第１、第２筒部１６４，１６５のそれぞれに、排気ガスを導くように、形成されている。ラッパ状部分１６０の上壁１６０ａは、傾きの異なる３つの傾斜面ａ１，ａ２，ａ３により構成されている。

上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２は、排気通路６０ｃに配置されている。つまり、第１酸化触媒６１は、第１筒部１６４に挿入され、第２酸化触媒６２は、第２筒部１６５に挿入されている。

上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２は、排気通路６０ｃの延在する方向に対して交差する方向に、並んでいる。具体的に述べると、第１、第２酸化触媒６１，６２の配列方向は、排気通路６０ｃの延在する方向に対して直交する。さらに述べると、第１、第２酸化触媒６１，６２は、クランクシャフト１３の軸心Ｌ（図１参照）に対して直交する方向に、並んでいる。つまり、クランクシャフト１３の軸心Ｌは、図４の紙面に直交する方向に延在し、第１、第２酸化触媒６１，６２は、図４の紙面の上下方向に配置される。

上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２の形状は、円柱を扁平にした形状である。第１、第２酸化触媒６１，６２は、コージェライトのようなセラミックスよりなるモノリス担体であり、その比表面積を増やすため、格子状またはハニカム形状の多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有する。これら隔壁は、互いに平行に形成された多数の貫通孔に排出ガスの入口と出口を交互に封止することにより構成される。隔壁には、白金等の触媒金属が担持されており、これにより、酸化触媒機能を有する。

なお、モノリス担体の材質として、コージェライトを用いているが、炭化ケイ素又はステンレス等を用いてもよく、限定するものではない。触媒本体は、比表面積を増やすための構造がなされていればよく、例えば、格子状の金属板の仕切りが多数配置されたメッシュリングであってもよい。触媒金属として、白金を用いているが、パラジウム、ロジウム、イリジウム等を用いてもよく、限定するものではない。

上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２は、多孔質の隔壁によって排出ガス中のＰＭ（浮遊粒子状物質）を捕捉する。そして、第１、第２酸化触媒６１，６２は、触媒金属の担持により、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などに酸化力を付与し、二酸化炭素、水、二酸化窒素ＮＯ２等を生成する。そして、触媒金属により排出ガス中に多く生成されたＮＯ２等の酸化力と、排気ポート２２の近傍による排出ガスの高温が利用され、捕集されたＰＭは連続的に酸化され燃焼除去される。

図５は、上記排気ダクト３の平面からみた断面図である。図５に示すように、排気マフラ７のケース本体７０は、第１半体部１７１と第２半体部１７２とを有する。第１半体部１７１と第２半体部１７２とは、互いに、溶接により接合されている。

上記第１半体部１７１には、触媒収納ケース６のケース本体６０が、貫通した状態で取り付けられている。つまり、第１半体部１７１とケース本体６０とは、溶接により、一体に接続されている。なお、第１半体部１７１とケース本体６０とは、ボルトにより、一体に接続されていてもよい。

上記排気マフラ７の上記ケース本体７０の内部に、内部配管１７３と吐出配管１７４が、配置されている。ケース本体７０の内部は、仕切板１７５により、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２に仕切られている。触媒収納ケース６のケース本体６０（第１、第２酸化触媒６１，６２）は、第１空間Ｓ１に進入している。内部配管１７３は、仕切板１７５を貫通して、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する。吐出配管１７４は、仕切板１７５と第２半体部１７２を貫通して、第２空間Ｓ２とケース本体７０の外側とを連通する。

これにより、上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２を通過した排気ガスは、第１空間Ｓ１に進入してから、内部配管１７３を通過して、第２空間Ｓ２に進入する。その後、排気ガスは、第２空間Ｓ２から、吐出配管１７４を通過して、ケース本体７０の外側に排出される。

上記構成の触媒収納ケース６によれば、上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２を有し、第１、第２酸化触媒６１，６２は、排気通路６０ｃの延在する方向に対して交差する方向に、並んでいる。これにより、排気ガスの流れが、ケース本体６０内で偏ったとしても、第１、第２酸化触媒６１，６２のうちの少なくとも１つに、目詰まりが発生することになる。このため、第２酸化触媒６２のみに目詰まりが発生したとすると、目詰まりの発生した第２酸化触媒６２のみを交換し、目詰まりの発生していない第１酸化触媒６１をそのまま用いることができ、酸化触媒６１，６２の無駄を減らすことができる。

上記構成の排気ダクト３によれば、上記触媒収納ケース６と上記排気マフラ７とは、一体に接続されているので、排気ダクト３の部品点数を減少でき、排気ダクト３の組立が容易となる。

上記構成のエンジン１０によれば、上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２を有する上記触媒収納ケース６を備えるので、エンジン１０を運転して、酸化触媒６１，６２が排気ガスにより目詰まりしても、酸化触媒６１，６２を交換する際に酸化触媒６１，６２の無駄を減らすことができる。

また、上記第１、上記第２酸化触媒６１，６２は、クランクシャフト１３の軸心Ｌに対して交差する方向に、並んでいるので、酸化触媒６１，６２が２つあっても、触媒収納ケース６のクランクシャフト１３の軸心Ｌ方向の厚みを抑制できる。したがって、触媒収納ケース６が、シリンダブロック１の負荷側に突出することを抑制でき、負荷部材をシリンダブロック１のクランクシャフト１３の負荷側端部１３ａに接続する際に、触媒収納ケース６が、負荷部材に干渉することを防止できる。特に、第１、第２酸化触媒６１，６２が、クランクシャフト１３の軸心Ｌに対して直交する方向に、並んでいることで、第１、第２酸化触媒６１，６２は、クランクシャフト１３の軸心Ｌ方向に沿って並ばず、触媒収納ケース６のクランクシャフト１３の軸心Ｌ方向の厚みを一層抑制できる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の触媒収納ケースを示す断面図である。上記第２実施形態は、上記第１実施形態とは、導風板の構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、上記第２実施形態において、上記第１実施形態と同一の符号は、上記第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態の触媒収納ケース６Ａは、導風板６５を有する。導風板６５は、排気通路６０ｃで、第１、第２酸化触媒６１，６２と吸入口６０ａとの間に、配置されている。つまり、導風板６５は、ケース本体６０のラッパ状部分１６０に配置されている。

上記導風板６５は、図４の白抜きの矢印Ａに示すように、第１、第２酸化触媒６１，６２のそれぞれに排気ガスを導く。導風板６５は、各酸化触媒６１，６２に排気ガスを略均等に導くように、配置されている。具体的に述べると、導風板６５は、第１、第２酸化触媒６１，６２の間と吸入口６０ａの中心とを通る平面上に配置されている。

上記構成の触媒収納ケース６Ａによれば、上記導風板６５は、各酸化触媒６１，６２に排気ガスを導くので、各酸化触媒６１，６２に排気ガスを略均等に導くことができ、第１、第２酸化触媒６１，６２の目詰まりの偏りを低減できる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態の排気ダクトを示す斜視図である。上記第３実施形態は、上記第１実施形態とは、排気ダクトの触媒収納ケースの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、上記第３実施形態において、上記第１実施形態と同一の符号は、上記第１実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図７に示すように、第３実施形態の排気ダクト３Ｂの触媒収納ケース６Ｂは、第１実施形態（図４Ａ）の触媒収納ケース６と比べて、ケース本体６０Ｂのラッパ状部分１６０Ｂの形状が、異なる。つまり、第１実施形態（図４Ａ）のラッパ状部分１６０の上壁１６０ａは、傾きの異なる３つの傾斜面ａ１，ａ２，ａ３により構成されていたが、第３実施形態（図７）のラッパ状部分１６０Ｂの上壁１６０ｂは、傾きの異なる２つの傾斜面ｂ１，ｂ２により構成されている。図７の上流側の傾斜面ｂ１は、図４Ａの上流側の２つの傾斜面ａ１，ａ２に相当し、図７の下流側の傾斜面ｂ２は、図４Ａの下流側の傾斜面ａ３に相当する。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、上記第１から上記第３実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

上記実施形態では、エンジンとして、一気筒のディーゼルエンジンを用いたが、多気筒のディーゼルエンジンであってもよい。

上記実施形態では、酸化触媒は、２つであったが、３つ以上であってもよい。また、導風板は、１つであったが、０または２つ以上であってもよい。

上記実施形態では、２つの酸化触媒は、排気通路の延在する方向に対して、直交する方向に並んでいたが、排気通路の延在する方向に対して、直交でなく交差する方向に並んでいればよい。

上記実施形態では、２つの酸化触媒は、クランクシャフトの軸心に対して、直交する方向に並んでいたが、クランクシャフトの軸心に対して、直交でなく交差する方向に並んでいればよい。

上記実施形態では、触媒収納ケースと排気マフラとは、溶接により、一体に接続されていたが、触媒収納ケース（ケース本体）と排気マフラ（ケース本体）とを、一枚の金属板からプレス加工により、継ぎ目なく連続的に一体に接続するようにしてもよい。

１シリンダブロック
１ａ負荷側端面
２シリンダヘッド
３，３Ｂ排気ダクト
４シリンダ
５クランクケース
６，６Ａ，６Ｂ触媒収納ケース
７排気マフラ
１０エンジン
１１ピストン
１３クランクシャフト
１３ａ負荷側端部
１５燃焼室
２１吸気ポート
２２排気ポート
６０，６０Ｂケース本体
６０ａ吸入口
６０ｂ排出口
６０ｃ排気通路
６１第１酸化触媒
６２第２酸化触媒
６５導風板
７０ケース本体
Ｌクランクシャフトの軸心

Claims

シリンダを有するシリンダブロックと、
上記シリンダブロックに取り付けられると共に、上記シリンダ内に連通する排気ポートを有するシリンダヘッドと、
上記シリンダヘッドに取り付けられる触媒収納ケースと
を備え、
上記触媒収納ケースは、
吸入口と、排出口と、上記吸入口から上記排出口に延在して排気ガスを通過させるための排気通路とを、有するケース本体と、
上記ケース本体の上記排気通路に配置された複数の酸化触媒と
を備え、
上記複数の酸化触媒は、上記排気通路の延在する方向に対して交差する方向に、並んでおり、
上記触媒収納ケースの上記吸入口は、上記シリンダヘッドの上記排気ポートに、連通され、
上記シリンダブロックは、上記シリンダ内に配置されたピストンと、上記ピストンに連結されたクランクシャフトとを有し、
上記シリンダブロックは、上記クランクシャフトの負荷側の端部が突出する負荷側端面を有し、
上記触媒収納ケースは、上記シリンダブロックの上記負荷側端面側に配置され、
上記触媒収納ケースの上記複数の酸化触媒は、上記クランクシャフトの軸心に対して直交する方向に、並んでいることを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンにおいて、
上記触媒収納ケースは、上記ケース本体の上記排気通路で上記酸化触媒と上記吸入口との間に配置され、各酸化触媒に排気ガスを導くための導風板を有することを特徴とするエンジン。
請求項１または２に記載のエンジンにおいて、
上記触媒収納ケースと上記触媒収納ケースの上記排出口に連通される排気マフラとを含む排気ダクトを備え、
上記触媒収納ケースと上記排気マフラとは、一体に接続されていることを特徴とするエンジン。